教材：数字设计基础与应用 第二版 邓元庆 关宇 贾鹏 石会 编著 清华大学出版社
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第3章 时序逻辑基础

3.1 时序逻辑概述

1、与组合逻辑电路相比，时序逻辑电路有以下特点：
（1）存在输出到输入的反馈。（2）含有存储器件。（3）具有记忆功能。
时序 = 时间上的先后顺序。
时序逻辑电路由组合逻辑电路和用于提供反馈的存储器件组成，组合逻辑电路的一部分输出属于激励，作为存储器件的输入，存储器件的输出反馈到组合逻辑电路的输入中。存储器件可以记录过去的输入情况。存储器件的输出Q1~Qr称为状态变量，用来描述电路的状态：电路当前所处的状态称为现态（Present state），将要到达的下一个状态称为次态（Next state）。外部输入X1_{Xk和外部输出Z1}Zm分别称为电路的输入和输出。

2、时序逻辑电路的描述方法：
【1】方程组描述法
①输出方程组
Zin = Fi(X1n, …, Xkn；Q1n, …, Qrn) i=1, …, m
②激励方程组
Wjn = Gj(X1n, …, Xkn；Q1n, …, Qrn) j=1, …, r；
③次态方程组
Qjn+1 = Hj(Qjn,Wjn) j=1, …, r；
上标n和n+1标明时间上的先后顺序。 n对应于现在时刻tn， n+1对应于下一个时刻tn+1 。Qn表示现态，Qn+1表示次态。
【2】状态表描述法
一般来说，状态表的顶部填入输入，左边填入现态，中间的格填入次态和输出。注意：现态和次态是存储器件给出的。表的读法是：电路在tn时刻处于现态Si而输入为X时，输出为Z；在tn+1时刻，电路将转换为次态Sj。表的示例：

读法举例：以S0行为例，当现在为S0且输入0时，输出将为0，且电路将在下一时刻转换到状态S0。如果输入为1，输出也为0，电路将在下一时刻转换到状态S1。
【3】状态图描述法
状态图即状态转换图，能比状态表更直观地描述时序逻辑电路的状态转换关系和IO关系。状态图的画法是：状态名外加圈表示电路状态，箭头表示状态转换的方向，状态转换所需的输入条件X和相应的输出Z则标在箭头旁（箭头两个值，圈内一个值）。状态图的读法与状态表相似。状态图和状态表可以相互转换。

4、时序逻辑电路可以分为两类：
（1）各触发器仅由统一的时钟脉冲（CP）作用时才发生状态转换的时序逻辑电路称为同步时序电路。
（2）无统一的CP，各触发器或延迟元件的状态变化不同步的时序逻辑电路称为异步时序电路。
异步时序电路又可划分为电平型和脉冲型两类。电平型异步时序电路没有通常的CP输入，状态转换完全由输入信号的变化引起；脉冲型异步时序电路虽然有CP输入，但各个触发器无统一的时钟，各触发器的状态变化也不是同时的。
同步时序电路工作快、可靠性高、分析设计方法简单，应用最广泛。

5、时序逻辑电路也可分为米里（Mealy）型和摩尔（Moore）型两种，前者的输出与输入变量直接相关而后者不然。摩尔型电路的输出方程变为：Zin = Fi(Q1n, …, Qrn)，i = 1, …, m。摩尔型电路的状态表和状态图与米里型的也不同：状态表中，输出Z单独一列列出；状态图中，输出Z与状态名都写进状态圈内，输入标在箭头旁（箭头一个值，圈内两个值）。

对同一个时序逻辑功能而言，摩尔型电路的输出电路一般更简单，但所需的状态（或存储器件）一般比米里型要多。上面3张图描述的是同一个功能：重叠型“1101”序列的检测。当输入序列包含1101时，电路输出一个1。从图中不难看出，米里型电路需要4个状态而摩尔型电路需要5个；米里型电路只需要2个触发器而摩尔型需要3个。多数时候，人们更喜欢将电路设计成米里型。